(57)【要約】  熱発生量を推定することができる内燃機関の制御装置を提供する。  演算処理装置２０は、クランク角θに応じたＰＶκと、ＰＶκの変化率ｄＰＶκ／ｄθとを算出することができる。便宜上、「ＰＶκ増加中においてｄＰＶκ／ｄθが最大値をとったクランク角度」を、「５０％燃焼割合のクランク角度」を意味するものとして、「θＣＡ５０」とも称す。また、θＣＡ５０について算出したＰＶκを、「ＰＶκＣＡ５０」とも称す。また、便宜上、燃焼開始時点におけるＰＶκ（本実施形態では図３、４のように零としている）とＰＶκＣＡ５０との差分を、ΔＰＶκＣＡ５０とも称す。ΔＰＶκＣＡ５０を２倍した値を総熱発生量Ｑとする。
2011132253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱発生量情報値として内燃機関の熱発生量又は当該熱発生量と相関を有するパラメータを求める取得手段と、
前記熱発生量情報値の変化率が最大値をとる時期における前記熱発生量情報値の所定倍の値に基づいて、前記時期以後の熱発生量を推定する推定手段と、
前記推定手段で推定した前記熱発生量を利用して、前記内燃機関の制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記取得手段は、
前記内燃機関の筒内圧センサの出力を取得するセンサ出力取得手段と、
前記センサ出力取得手段で取得した前記筒内圧センサの出力に基づいて、前記熱発生量又は前記パラメータを求める手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記取得手段が、前記内燃機関の運転中に所定期間ごとに前記熱発生量情報値を求める手段を含み、
前記推定手段は、
前記熱発生量情報値の変化率が最大値をとる時点であるピーク時点を検出または推定によって特定するピーク時点特定手段と、
前記内燃機関の運転中に前記情報取得手段で取得される前記熱発生量情報値のうち、前記ピーク時点特定手段で特定された前記ピーク時点についての値を取得する特定情報取得手段と、
前記特定情報取得手段で取得した前記熱発生量情報値と所定の係数とを用いた計算により、前記ピーク時点以後の前記熱発生量を求める算出手段と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記算出手段は、前記特定情報取得手段で取得した前記ピーク時点についての前記熱発生量情報値を２倍した値に基づいて燃焼終了時期の熱発生量を求める手段を、含むことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記算出手段は、
前記内燃機関の燃焼終了時点前の所定の時期を経過した後における前記特定情報取得手段で取得される前記熱発生量情報値を、前記熱発生量を求めるための前記計算に使用する数値から除外する除外手段を、
含むことを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関の燃焼終了時期が所定時期よりも遅い又は遅くなるおそれがあるか否かを判定する判定手段を備え、
前記制御手段は、前記燃焼終了時期が前記所定時期よりも遅い又は遅くなるおそれがあると前記判定手段が判定したときに、前記熱発生量取得手段で求めた前記熱発生量を利用して前記内燃機関の制御を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の燃焼終了時期が所定時期よりも遅い又は遅くなるおそれがあると前記判定手段が判定する場合とは、前記内燃機関の遅角が所定値以上である場合、前記内燃機関が触媒暖機運転中である場合、前記内燃機関におけるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）の量が所定量以上である場合および前記内燃機関がリーン燃焼を行っている場合のうち少なくとも１つの場合を含むことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記推定手段で推定した前記熱発生量を利用して前記内燃機関の燃焼時の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記推定手段で推定した前記熱発生量を利用して前記内燃機関の燃料の燃料性状を検出する性状検出手段と、のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、日本特開２００６−１４４６４３号公報に開示されているように、内燃機関の燃焼時における熱量の各種情報を計算により求める技術が知られている。上記公報には、具体的には、筒内圧センサの出力値を利用して、燃焼終了直後の発熱量を算出し、当該発熱量に基づいて燃焼空燃比を算出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２００６−１４４６４３号公報
【特許文献２】日本特開２００７−１２０３９２号公報
【特許文献３】日本特開２００７−１１３３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の燃焼による熱発生量を求め、内燃機関の各種制御に利用する技術が公知である。内燃機関の燃焼中には、燃焼開始時点から燃焼終了時点にかけて、熱発生量が増加してゆく。熱発生量は、例えば上記従来の技術のような燃焼空燃比算出などに利用することができる。【０００５】
熱発生量は、燃焼開始時点における熱量と燃焼終了時点における熱量との変化量（差分）に基づいて求めることができる。従来の熱発生量算定手法においては、燃焼終了時点を迎えたときの筒内圧センサ出力値等を利用して、燃焼終了時期の熱発生量を検出している。具体的には、燃焼終了時点を迎えた時点における筒内圧センサ出力値を取得して、この出力値に依拠して熱発生量を求めている。燃焼終了時期の熱発生量を実際のセンサ値から算出することで、その燃焼行程における最終的な熱発生量を精度良く求めることができる。【０００６】
しかしながら、燃焼終了時点でのセンサ検出値を常に要求する手法においては、燃焼が終了するまでは熱発生量についての最終的な結論を得ることができない。また、燃焼終了時期が通常の運転条件に比して相当に遅くなる運転条件下においては、燃焼終了時点が排気弁の開弁時期にずれ込んでしまうおそれがある。このような場合、筒内圧センサの出力値を利用するときに特有の弊害が生じてしまう。すなわち、このような場合、筒内圧センサ出力値から明確に燃焼終了時点を判別することが困難となったり、筒内圧センサの出力値を燃焼終了時点の熱発生量の算出の基礎に用いることが適当ではなくなったりしてしまう。【０００７】
そこで、本願発明者は、鋭意研究を行ったところ、燃焼終了時点でのセンサ検出値を使用しなくとも、燃焼終了前の情報を利用して熱発生量を推定的に求めることができる手法を見出した。【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、燃焼終了前の情報を利用して熱発生量を推定することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
熱発生量情報値として内燃機関の熱発生量又は当該熱発生量と相関を有するパラメータを求める取得手段と、
前記熱発生量情報値の変化率が最大値をとる時期における前記熱発生量情報値の所定倍の値に基づいて、前記時期以後の熱発生量を推定する推定手段と、
前記推定手段で推定した前記熱発生量を利用して、前記内燃機関の制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする。【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記取得手段は、
前記内燃機関の筒内圧センサの出力を取得するセンサ出力取得手段と、
前記センサ出力取得手段で取得した前記筒内圧センサの出力に基づいて、前記熱発生量又は前記パラメータを求める手段と、
を含むことを特徴とする。【００１１】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記取得手段が、前記内燃機関の運転中に所定期間ごとに前記熱発生量情報値を求める手段を含み、
前記推定手段は、
前記熱発生量情報値の変化率が最大値をとる時点であるピーク時点を検出または推定によって特定するピーク時点特定手段と、
前記内燃機関の運転中に前記情報取得手段で取得される前記熱発生量情報値のうち、前記ピーク時点特定手段で特定された前記ピーク時点についての値を取得する特定情報取得手段と、
前記特定情報取得手段で取得した前記熱発生量情報値と所定の係数とを用いた計算により、前記ピーク時点以後の前記熱発生量を求める算出手段と、
を含むことを特徴とする。【００１２】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記算出手段は、前記特定情報取得手段で取得した前記ピーク時点についての前記熱発生量情報値を２倍した値に基づいて燃焼終了時期の熱発生量を求める手段を、含むことを特徴とする。【００１３】
また、第５の発明は、第３または４の発明において、
前記算出手段は、
前記内燃機関の燃焼終了時点前の所定の時期を経過した後における前記特定情報取得手段で取得される前記熱発生量情報値を、前記熱発生量を求めるための前記計算に使用する数値から除外する除外手段を、
含むことを特徴とする。【００１４】
また、第６の発明は、第１乃至５の発明のいずれか１つにおいて、
前記内燃機関の燃焼終了時期が所定時期よりも遅い又は遅くなるおそれがあるか否かを判定する判定手段を備え、
前記制御手段は、前記燃焼終了時期が前記所定時期よりも遅い又は遅くなるおそれがあると前記判定手段が判定したときに、前記熱発生量取得手段で求めた前記熱発生量を利用して前記内燃機関の制御を行うことを特徴とする。【００１５】
また、第７の発明は、第６の発明において、
前記内燃機関の燃焼終了時期が所定時期よりも遅い又は遅くなるおそれがあると前記判定手段が判定する場合とは、前記内燃機関の遅角が所定値以上である場合、前記内燃機関が触媒暖機運転中である場合、前記内燃機関におけるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）の量が所定量以上である場合および前記内燃機関がリーン燃焼を行っている場合のうち少なくとも１つの場合を含むことを特徴とする。【００１６】
また、第８の発明は、第１乃至７の発明のいずれか１つにおいて、
前記制御手段は、前記推定手段で推定した前記熱発生量を利用して前記内燃機関の燃焼時の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記推定手段で推定した前記熱発生量を利用して前記内燃機関の燃料の燃料性状を検出する性状検出手段と、のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明によれば、熱発生量の変化率が最大のときに燃焼割合が５０％であるという関係を利用することにより、熱発生量を推定することができる。【００１８】
第２の発明によれば、筒内圧センサ出力から求めた熱発生量情報値（熱発生量又は当該熱発生量と相関を有するパラメータ）を利用して熱発生量算出を行う構成において、燃焼終了時期が遅いときであっても、熱発生量の推定値を取得することができる。【００１９】
第３の発明によれば、熱発生量の変化率又はこれに相関するパラメータの変化率が最大値をとる時期を、明確に特定することができる。特定した当該時期における熱発生量又はこれに相関するパラメータに基づいて、燃焼終了時期の熱発生量を計算することができる。【００２０】
第４の発明によれば、簡易な計算で、燃焼終了時期の熱発生量を精度良く求めることができる。【００２１】
第５の発明によれば、熱発生量を計算に用いる区間の終期を燃焼終了時点よりも前に定めることによって、熱発生量の計算値の使用を、燃焼終了よりもある程度前の時点で打ち切ることができる。これにより、燃焼行程の後期において熱発生量情報値のノイズが増加するような条件下でも、熱発生量を精度良く求めることができる。【００２２】
第６の発明によれば、燃焼終了時期が遅れてしまう場合でも、確実に、燃焼終了時期の熱発生量を内燃機関の制御において利用することができる。【００２３】
第７の発明によれば、内燃機関の燃焼終了時期が遅くなるかどうかの判定を、具体的な場面に応じて的確に行うことができる。【００２４】
第８の発明によれば、熱発生量を利用して燃焼空燃比または燃料性状を検出する場合において、検出を早期に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる制御装置の動作を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる制御装置の動作を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる制御装置の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１において演算処理装置が実行するルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１において得られる効果を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態２において演算処理装置２０が実行するルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
実施の形態１． 
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の制御装置の構成を示す図である。本実施形態にかかる制御装置は、車両等の移動体、具体的には自動車に搭載される内燃機関の制御に好適である。
【００２７】
図１は、本実施形態の制御装置が適用される内燃機関（以下、単にエンジンという）を示す図である。図１に示すエンジンは、スパークプラグ６を備えた火花点火式の４ストロークレシプロエンジンである。また、筒内に燃料を直接噴射する燃料直噴インジェクタ７を備えた筒内直噴エンジンでもある。なお、本発明が適用されるエンジンは、本実施形態にかかる筒内直噴エンジンには限定されない。ポート噴射式のエンジンにも本発明の適用は可能である。
【００２８】
このエンジンにおいて、吸気弁および排気弁は、それぞれ図示しない吸気可変動弁機構および排気可変動弁機構によって駆動されている。これらの可変動弁機構は、可変バルブタイミング（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）機構を有し、吸気弁や排気弁の位相を所定の範囲で切り替えることができる。
【００２９】
図１には１つの気筒のみが描かれているが、一般的な車両用のエンジンは複数の気筒から構成されている。そのうち少なくとも１つの気筒に、筒内圧を測定するための筒内圧センサ５が取り付けられている。
【００３０】
また、このエンジンには、クランク軸の回転角に応じて信号を出力するクランク角度センサ８が取り付けられている。クランク角度センサ８の信号ＣＡからは、エンジン回転数（単位時間当たり回転数）や、ピストンの位置によって決まる筒内容積Ｖを計算することができる。
【００３１】
気筒に接続された吸気通路の入口にはエアクリーナ１が設けられ、エアクリーナ１の下流にスロットルバルブ２が配置されている。スロットルバルブ２の下流にはサージタンク４が設けられていて、サージタンク４には吸気圧を測定するための吸気圧センサ３が取り付けられている。一方、気筒に接続された排気通路には２つの触媒１０，１１が配置されている。なお、図示しないが、空燃比センサやサブ酸素センサなどの各種の排気ガスセンサが設けられても良い。
【００３２】
このエンジンは、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路が設けられている。このＥＧＲ通路には、ＥＧＲクーラ１３とＥＧＲバルブ１２とが設けられている。ＥＧＲクーラ１３には、その冷却水温を測定するための水温センサ１４が取り付けられている。
【００３３】
また、このエンジンは制御装置としての演算処理装置２０を備えている。演算処理装置２０は各センサ３，５，８，１４からの信号を処理し、その処理結果を各アクチュエータ２，６，７，１２や前述の可変動弁機構の操作に反映させている。演算処理装置２０は、いわゆるＥＣＵ（Electronic Control Unit）であってもよい。
【００３４】
演算処理装置２０は、筒内圧センサ５の出力信号をクランク角度に同期させてアナログ／デジタル変換（ＡＤ変換）する処理を記憶している。この処理を実行するにより、所望のタイミングにおける筒内圧の値を検出することができる。
【００３５】
演算処理装置２０は、熱発生量に相関するパラメータＰＶκを算出するための、ＰＶκ算出処理を記憶している。この処理は、クランク角度θに応じて、クランク角ごとの筒内圧Ｐ（θ）、クランク角ごとの筒内容積Ｖ（θ）および比熱比κを用いて、Ｐ（θ）・Ｖ（θ）κを算出することができる。また、演算処理装置２０は、Ｐ（θ）・Ｖ（θ）κの変化率を算出する処理を記憶している。この処理により、燃焼行程中における所望のタイミング（クランク角度）についての、熱発生量の変化率ｄＰＶκ／ｄθを算出することができる。
【００３６】
演算処理装置２０は、ＰＶκの値を用いた計算により、空燃比を求める処理を記憶している。この処理は、具体的には、筒内圧センサ５の出力値から、吸気行程中の発熱量および燃焼終了直後の発熱量を求めて、計算により空燃比を求める処理である。この種の空燃比検出技術は、例えば日本特開２００６−１４４６４３号公報に記載されているように公知であるため、これ以上の説明は省略する。
【００３７】
［実施の形態１にかかる制御装置の動作］
図２乃至４は、本発明の実施の形態１にかかる制御装置の動作を説明するための図である。熱発生量は、燃焼開始時点における熱量と燃焼終了時点における熱量との間の変化量（差分）に基づいて求めることができる。なお、以下、便宜上、燃焼開始時点における熱量と燃焼終了時点における熱量との差分を、「総熱発生量」とも称し、符号Ｑで表すこともある。従来の熱発生量算定手法においては、燃焼終了時点を迎えたときの筒内圧センサ出力値等を利用して、燃焼終了時期の熱発生量を検出している。
【００３８】
しかしながら、燃焼終了時点でのセンサ検出値を常に要求する手法においては、燃焼が終了するまでは熱発生量についての最終的な結論を得ることができない。また、燃焼終了時期が通常の運転条件に比して相当に遅くなる運転条件下においては、燃焼終了時点が排気弁の開弁時期にずれ込んでしまうおそれがある。
【００３９】
図２は、熱発生量の算出手法の概念を示す図である。熱発生量は、燃焼開始時点から燃焼終了時点までのＰＶκの変化量（図２の矢印）から求めることができる。燃焼開始時点は、点火時期あるいはその直前の時期に定めることができる。燃焼終了時点は、膨張行程における冷却損失の影響やノイズ（センサの熱歪誤差など）の影響の観点から、ＰＶκが最大となる時点等とすることができる。
【００４０】
ここで、例えば触媒暖機制御の実行時のような遅角燃焼、大量なＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）の実行中、および希薄燃焼といった、燃焼を不安定にさせるような運転条件のときには、燃焼期間が長くなることがある。燃焼期間が長くなることで、排気弁の開弁まで燃焼が続くような場合には燃焼終了時点を判別することが難しくなってしまう。結果として、こういった燃焼条件のときは、燃焼終了時点についての熱発生量を正確に算出することが難しい。
【００４１】
図３は、クランク角度の推移に伴う、通常燃焼条件における筒内圧Ｐの波形（図３（ａ））、ＰＶκの波形（図３（ｂ））、および熱発生量の変化率ｄＰＶκ／ｄθの波形（図３（ｃ））をそれぞれ示す図である。一方、図４は、クランク角度の推移に伴う、遅角燃焼条件における筒内圧Ｐの波形（図４（ａ））、ＰＶκの波形（図４（ｂ））、および熱発生量の変化率ｄＰＶκ／ｄθの波形（図４（ｃ））をそれぞれ示す図である。
【００４２】
図３に示すような通常燃焼条件の場合においては、排気弁が開くクランク角度よりも十分に早期に、燃焼終了時点が表れている。このため、燃焼終了時点を明確に特定することができる。よって、図３（ｂ）に示すように、燃焼開始時点と燃焼終了時点の間のＰＶκの差（変化量）に基づいて、ＰＶκの最大値ＰＶκｍａｘから総熱発生量Ｑを求めることができる。しかしながら、その一方で、図４に示すような遅角燃焼条件の場合においては、排気弁が開く時点においても燃焼の途中であるという事態が生じうる。筒内圧センサ５の出力値からＰＶκを算出している際に、燃焼の途中で排気弁が開いてしまうと、最大値ＰＶκｍａｘを熱発生量算出に用いることが不適切となってしまう。図４（ｂ）の破線で示すように熱発生量がＰＶκｍａｘより大きい場合が考えられるからである。
【００４３】
そこで、本願発明者は、鋭意研究を行ったところ、燃焼終了時点でのセンサ検出値を使用しなくとも、燃焼終了前の情報を利用して熱発生量を推定することができる手法を見出した。本願発明者は、「燃焼割合の変化率が最大となるクランク角度での熱発生量」を約２倍した値を、総熱発生量Ｑとして取り扱うことが可能な点に着目した。
【００４４】
燃焼割合（以下、「ＭＦＢ」とも称す）とは、燃焼の進行状態を表す指標として定義された値である。具体的には、燃焼割合は、０〜１の範囲（或いは、０％〜１００％の範囲）で変化するものとし、燃焼割合が０（０％）である場合には燃焼開始時点を示し、燃焼割合が１（１００％）である場合には燃焼終了時点を示すものとしている。
ＭＦＢ＝(ＰθＶθκ−Ｐθ０Ｖθ０κ)／(ＰθｆＶθｆκ−Ｐθ０Ｖθ０κ)・・・（１）
但し、上記（１）式において、Ｐθ０およびＶθ０は、それぞれクランク角度θが所定の燃焼開始時期θ０である場合の筒内圧Ｐおよび筒内容積Ｖであり、ＰθｆおよびＶθｆは、それぞれクランク角度θが所定の燃焼終了時期θfである場合の筒内圧Ｐおよび筒内容積Ｖである。また、ＰθおよびＶθは、それぞれクランク角度θが任意の値である場合の筒内圧Ｐおよび筒内容積Ｖである。κは、比熱比である。
【００４５】
本願発明者は、５０％燃焼割合のクランク角度が、燃焼割合の変化率が最大となるクランク角度、つまりＰＶκの変化率が最大となるクランク角度と一致することに着目した。この観点から、本実施形態では、ｄＰＶκ／ｄθが最大値をとったクランク角度を特定し、当該クランク角度でのＰＶκを２倍した値に基づいて総熱発生量Ｑを求めることにした。
【００４６】
以下、便宜上、「ＰＶκ増加中においてｄＰＶκ／ｄθが最大値をとったクランク角度」を、「５０％燃焼割合のクランク角度」を意味するものとして、「θＣＡ５０」とも称す。また、θＣＡ５０について算出したＰＶκを、「ＰＶκＣＡ５０」とも称す。また、便宜上、燃焼開始時点におけるＰＶκ（本実施形態では図３、４のように零としている）とＰＶκＣＡ５０との差分を、ΔＰＶκＣＡ５０とも称す。
【００４７】
本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、ΔＰＶκＣＡ５０を２倍した値を総熱発生量Ｑとする。これにより、実施の形態１によれば、燃焼終了時点でのセンサ検出値を使用しなくともつまり燃焼終了時点を待たずとも、ＰＶκＣＡ５０を用いて熱発生量Ｑの将来の情報を推定的に求めることができる。更に、実施の形態１によれば、筒内圧センサ５出力から求めたＰＶκを利用して熱発生量算出を行う構成において、図４のごとく燃焼終了時点が遅いときであっても、総熱発生量Ｑを推定的に求めることができる。
【００４８】
［実施の形態１の具体的処理］
以下、図５を用いて、実施の形態１にかかる内燃機関の制御装置において実行される具体的処理を説明する。図５は、本発明の実施の形態１において演算処理装置２０が実行するルーチンのフローチャートである。
【００４９】
なお、実施の形態１においては、演算処理装置２０が、前述したΔＰＶκＣＡ５０を算出するための処理のほかに、ΔＰＶκｍａｘを算出するための処理も実行できるように構成されている。ΔＰＶκｍａｘは、例えば、先ずクランク角θに応じて算出されたＰ（θ）・Ｖ（θ）κの最大値を記憶し、この記憶した最大値と燃焼開始時点におけるＰ（θ）・Ｖ（θ）κとの間の差分を求めることにより、算出することができる。
【００５０】
図５に示すルーチンでは、先ず、ΔＰＶκｍａｘが所定値αを上回っているか否かが判定される（ステップＳ１００）。このステップでは、先ず、ΔＰＶκｍａｘの算出が行われる。ΔＰＶκｍａｘが所定値α以下である場合には、失火と判定する（ステップＳ１０２）。
【００５１】
ステップＳ１００の条件の成立が認められた場合には、次に、触媒暖機制御が実行中か否かが判定される（ステップＳ１０４）。本実施形態では、図１に示したエンジンにおいて、所定条件下において触媒暖機制御が実行されるものとする。ステップＳ１０４では、現在、演算処理装置２０からの制御指令に基づき触媒暖機制御が実行されているか否かの判定が行われる。
【００５２】
ステップＳ１０４の条件が不成立である場合には、現在は触媒暖機制御は実行されていないため、図４を用いて例示したような燃焼期間長期化による熱発生量算出の弊害のおそれが小さいと考えることができる。そこで、本実施形態では、ステップＳ１０４の条件が不成立である場合には、ΔＰＶκｍａｘを、熱発生量Ｑとして取り扱う（ステップＳ１１４）。これにより、燃焼期間長期化などに起因する精度悪化の弊害をさけつつ、燃焼終了時期における筒内圧センサ５の出力値を利用して正確なＰＶκｍａｘを求めて、筒内圧センサ５の実測値に基づく熱発生量算出を行うことができる。
【００５３】
ステップＳ１０４の条件の成立が認められた場合には、θＣＡ５０の算出が行われる（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０４の条件成立により触媒暖機制御の実行中であることが確認されたため、これ以降の処理では、前述した実施の形態１にかかる手法に基づき熱発生量の推定値の算出が行われる。先ず、クランク角θに応じたＰ（θ）、Ｖ（θ）のそれぞれの値を用いて、図４（ｃ）で模式的に示すように、クランク角θに応じたｄＰＶκ／ｄθの値を逐次的に算出する。その後、ｄＰＶκ／ｄθの増減を監視して、ｄＰＶκ／ｄθが最大値を取ったときのクランク角θを特定する。ここで特定したクランク角を、θＣＡ５０として取り扱う。
【００５４】
次に、ΔＰＶκＣＡ５０を算定する処理が実行される（ステップＳ１０８）。このステップでは、先ず、燃焼開始時点におけるＰＶκを特定する（本実施形態では図３、４のように零としている）。次いで、燃焼開始時点におけるＰＶκとＰＶκＣＡ５０との差分を求め、この差分をΔＰＶκＣＡ５０として取り扱う。
【００５５】
次に、総熱発生量Ｑを求めるための計算「Ｑ＝２×ΔＰＶκＣＡ５０」が実行される（ステップＳ１１０）。このステップでは、ステップＳ１０８で算定したΔＰＶκＣＡ５０を２倍した値を、総熱発生量Ｑに代入する。この計算のイメージは、図４（ｂ）にも模式的に表されている。
【００５６】
その後、燃焼空燃比を算出する処理が実行される（ステップＳ１１２）。このステップでは、ステップＳ１１０またはステップＳ１１４で算定された総熱発生量Ｑの値を利用して、演算処理装置２０の記憶する空燃比の計算処理が実行される。これにより、燃焼空燃比を求めることができる。
【００５７】
以上の処理によれば、必要に応じて、燃焼終了時点における熱発生量相関パラメータＰＶκｍａｘではなく５０％燃焼割合における熱発生量相関パラメータＰＶκＣＡ５０を用いることによって、燃焼終了時点を待たなくとも、熱発生量Ｑの将来の情報を推定的に求めることができる。更に、実施の形態１にかかる上記の具体的処理によれば、筒内圧センサ５出力から求めたＰＶκを利用して熱発生量算出を行う構成において、図４のごとく燃焼終了時点が遅いときであっても、総熱発生量Ｑの推定値を取得することができる。
【００５８】
また、実施の形態１にかかる上記の具体的処理によれば、ステップＳ１０６の処理に従って、熱発生量の変化率又はこれに相関するパラメータの変化率が最大値をとる時期を、明確に特定することができる。特定した当該時期における熱発生量又はこれに相関するパラメータに基づいて、ステップＳ１０８、１１０の処理に従って、総熱発生量Ｑを算出することができる。
【００５９】
さらに、実施の形態１にかかる上記の具体的処理によれば、ΔＰＶκＣＡ５０に２を乗ずるという簡易な計算で、燃焼終了時期の熱発生量を精度良く求めることができる。実施の形態１においてはステップＳ１０４の条件成否に応じてステップＳ１１４の処理とステップＳ１１０の処理とを選択的に実行するため、ΔＰＶκの算出処理を共通化できる利点もある。
【００６０】
実施の形態１にかかる上記の具体的処理によれば、触媒暖機制御の実行中か否かを判定し、その判定結果に基づいてステップＳ１１０とＳ１１４の処理を使い分けることができる。これにより、燃焼終了時期が遅い又は遅くなるおそれがある場合にも、確実に、熱発生量の情報を内燃機関の制御において利用することができる。具体的には、確実に、熱発生量の情報を燃焼空燃比の算出に利用することができる。
【００６１】
なお、上述した実施の形態１においては、ＰＶκが、前記第１の発明における「パラメータ」に、ｄＰＶκ／ｄθが、前記第１の発明における「熱発生量情報値の変化率」に、θＣＡ５０が、前記第１の発明における「前記熱発生量情報値の変化率が最大値をとる時期」に、演算処理装置２０が記憶する「ＰＶκ算出処理」が、前記第１の発明における「取得手段」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態１においては、演算処理装置２０が上記図５のルーチンのステップＳ１０６、Ｓ１０８およびＳ１１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「推定手段」が、演算処理装置２０が上記図５のルーチンのステップＳ１１２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００６２】
また、上述した実施の形態１においては、筒内圧センサ５が、前記第２の発明における「筒内圧センサ」に相当している。また、上述した実施の形態１では、演算処理装置２０が、上記図５のルーチンにおいて、ステップＳ１０６の処理を実行することにより、前記第３の発明における「ピーク時点特定手段」が、ステップＳ１０８の処理を実行することにより、前記第３の発明における「特定情報取得手段」が、ステップＳ１１０の処理を実行することにより、前記第３の発明における「算出手段」が、それぞれ実現されている。
【００６３】
また、上述した実施の形態１においては、演算処理装置２０が上記図５のルーチンのステップＳ１０４の処理を実行することにより、前記第６の発明における「判定手段」が実現されている。
【００６４】
［実施の形態１において得られる効果］
図６は、本発明の実施の形態１において得られる効果を説明するための図である。触媒暖機運転における空燃比検出精度について検証した結果を示す。図６には、「ＰＶκｍａｘ法」にかかる測定点と、「２＊ＰＶκ＠ＣＡ５０適用」にかかる測定点とがそれぞれ示されている。縦軸が、筒内圧センサ（ＣＰＳ）出力値を用いて推定的に求めた空燃比の値である。「ＰＶκｍａｘ法」にかかる測定点は、図５のルーチンのステップＳ１１４でも記載したように「Ｑ＝ΔＰＶκｍａｘ」という関係から得た熱発生量を利用して、空燃比を検出した結果である。「２＊ＰＶκ＠ＣＡ５０適用」にかかる測定点は、実施の形態１にかかる「Ｑ＝２×ΔＰＶκＣＡ５０」という関係に基づいて得た熱発生量を利用して、空燃比を検出した結果である。図６に示すように、触媒暖機運転においても、「２＊ＰＶκ＠ＣＡ５０適用」によれば、実際の空燃比に精度良く対応するリニアな特性が得られていることが判る。
【００６５】
なお、実施の形態１にかかる制御装置の背景として、下記のような技術的背景もあった。将来の燃費・エミッション規制強化に対応するシステムとして筒内圧センサの開発が各社で進められており、一部では既に実用化されている。筒内圧センサを搭載することで、緻密な燃焼制御や、正確なパラメータ検出を行うことができる。このため、エンジン制御性能の向上が可能となる。
筒内圧センサを応用する技術の１つとして、燃焼空燃比を検出する技術がある（例えば、日本特開２００６−１４４６４３号公報参照）。このような技術によれば、空燃比センサによる従来の空燃比検出手法よりも、リアルタイムかつ正確な空燃比検出が可能となる。しかし、前述したように、燃焼が膨張行程後期〜排気行程初期にまで及ぶような場合には、筒内圧センサ出力値に依拠した空燃比検出が困難となる。この点、本実施形態によれば、遅角燃焼条件において生ずる弊害を抑制しつつ、筒内圧センサを利用したリアルタイムかつ正確な空燃比検出を実現することができる。
【００６６】
なお、下記の（１）〜（３）の各欄の場合に、それぞれ、下記の同欄の利点を享受することもできる。
（１）運転条件を限定しない制御構成が可能
本実施形態によれば、触媒暖機遅角のような場合、すなわち燃焼終了時点が排気弁開弁（ＥＶＯ、Exhaust Valve Opening）時期付近あるいはそれ以降にずれ込む場合（「過遅角燃焼」）の場合でも、本来発生しうる熱発生量を推定することができる。これにより、運転条件を限定しない制御構成が可能となるという利点がある。
例えば、従来のガソリンエンジンにおける内燃機関制御では、触媒暖機時には空燃比センサが活性化していないため、空燃比フィードバック制御を行うことができない。しかし、本実施形態にかかる手法によれば、触媒暖機領域においても緻密な空燃比フィードバック制御を行うことが可能となり、エミッションの改善が可能となる。結果として全運転領域での空燃比検出が可能となり、空燃比検出機能を筒内圧センサに統合して空燃比センサを削減しうる。その結果、システムコストの削減も可能である。
【００６７】
また、燃焼重心位置までの熱発生量または相関パラメータＰＶκを用いることで、下記の（２）や（３）の利点がある。
（２）ノイズの影響が小さい
実施の形態１では、熱発生量相関パラメータとしてＰＶκを用いている。ＰＶκでは、ＴＤＣから離れるほど、Ｖκによって筒内圧センサ出力に重畳するノイズを増幅することになる。従って、燃焼終了時点がＴＤＣから遠く離れるような遅角燃焼で熱発生量が最大となる点をサーチしようとすると、ノイズの影響を受けやすくなる。
そこで、熱発生量の計算区間を、燃焼重心位置（実施の形態１ではθＣＡ５０）までに区切ってもよい。具体的には、演算処理装置２０において、ＰＶκの計算区間あるいは使用許可区間を、燃焼重心位置に応じた所定クランク角（実施の形態１ではθＣＡ５０）までに制限しても良い。これにより、ノイズの影響を受け難くすることもできる。このような変形例においても、実施の形態１によれば、θＣＡ５０までの筒内圧センサ出力値を得ていれば、その後の熱発生量を推定的に求めることができる。
なお、ここで述べた熱発生量の計算区間（ＰＶκの計算区間、あるいは使用許可区間）の限定を行う構成が、前記第５の発明における「除外手段」に相当している。
【００６８】
（３）筒内圧センサの熱歪誤差の影響が小さい
遅角燃焼は、燃焼期間が長い（つまり、燃焼速度が遅い）。従って、低回転であるほど単位時間あたりに筒内圧センサが燃焼ガスに曝される時間が長くなる。結果として、筒内圧センサに熱歪誤差をもたらす。
一方、燃焼重心位置までであれば、熱歪誤差の影響は比較的小さい。この点、実施の形態１によれば、燃焼重心位置（実施の形態１ではθＣＡ５０）までの筒内圧センサ出力値を利用するので、熱歪誤差の悪影響を避けることもできる。
【００６９】
なお、実施の形態１では、ΔＰＶκＣＡ５０を２倍した値を、総熱発生量Ｑとして算出した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。熱発生量の変化率が最大のときに燃焼割合が５０％であるという関係を利用することにより、燃焼終了時点の熱発生量に限らずに、熱発生量の将来の情報、つまり、θＣＡ５０より後の熱発生量（例えば、総熱発生量Ｑの７０％、８０％、９０％の情報など）を推定してもよい。その場合、ΔＰＶκＣＡ５０の２倍が総熱発生量Ｑに相当する点を考慮に入れて、演算処理装置２０に、ΔＰＶκＣＡ５０を適宜に定数倍する演算処理を実行させたり、或いは、一定の数値に限らず関数（係数のマップ等）を適宜に作成しておきこの関数の出力値をΔＰＶκＣＡ５０に乗ずる演算処理を実行させたりしてもよい。これらの演算処理によっても、熱発生量の変化率が最大のときに燃焼割合が５０％であるという関係に基づいて、ΔＰＶκＣＡ５０を所定倍して熱発生量の推定値を求めることが可能である。
【００７０】
また、実施の形態１ではΔＰＶκＣＡ５０に２を乗算したが、本発明は、ΔＰＶκＣＡ５０を厳密に２．０倍するという計算形式に限定されるものではない。ΔＰＶκＣＡ５０の２倍が総熱発生量Ｑに相当するという指針に従って略２倍の所定の係数を定めて、この所定の係数をΔＰＶκＣＡ５０に乗算してもよい。具体的な計算手法に形式的な変更を加えても、燃焼終了時期の熱発生量の算出をΔＰＶκＣＡ５０を２倍した値に基づいて行うことで、実施の形態１と同様に、熱発生量を推定的に求めることができるからである。
【００７１】
なお、本実施形態において推定的に求めた熱発生量の使用方法は、燃焼空燃比を求めるという使用方法に限られるものではない。本実施形態で求めた熱発生量は、熱発生量／燃料噴射量が低位発熱量と比例（∝）するものとしてアルコール濃度等の燃料性状を検出する場合にも、用いることができる。なお、この変形例では、「熱発生量／燃料噴射量が低位発熱量と比例（∝）するものとしてアルコール濃度を検出する処理」が、前記第８の発明における「性状検出手段」に相当している。
【００７２】
実施の形態２．
実施の形態２のハードウェア構成、ソフトウェア構成は、実施の形態２にかかる制御装置が図７に示すルーチンを実行可能である点を除き、基本的に実施の形態１の構成と同様とする。以下、重複を避けるために、適宜に説明を省略ないしは簡略化する。
【００７３】
大量外部ＥＧＲや希薄燃焼において、通常燃焼から外れて不安定燃焼領域に入ってしまうと、偶発的に遅角燃焼が発生しうる。したがって、実施の形態２では、触媒暖機遅角制御実行中か否かの判定ではなく、常時θＣＡ５０を監視して、所定値より遅角となる燃焼サイクルではΔＰＶκＣＡ５０に基づいて発熱量を推定することにした。
【００７４】
図７を用いて、実施の形態２にかかる内燃機関の制御装置において実行される具体的処理を説明する。図７は、本発明の実施の形態２において演算処理装置２０が実行するルーチンのフローチャートである。図７のフローチャートは、図５のフローチャートのステップＳ１０４の処理を削除し、これに代えてステップＳ２０６の処理を追加したものである。図５と同様の処理については、同じ符号を付し、説明を簡略化または省略する。
【００７５】
図７のルーチンでは、先ず、実施の形態１と同様に、ステップＳ１００の処理が実行される。ステップＳ１０２の条件不成立の場合には、実施の形態１と同様に、ステップＳ１０２にて失火判定される。
【００７６】
ステップＳ１００の条件成立時には、実施の形態１にかかるθＣＡ５０算出処理（ステップＳ１０６）が実行される。
【００７７】
次いで、θＣＡ５０が所定値βより大きいか否かが判定される（ステップＳ２０６）。このステップの条件が成立していない場合には、実施の形態２で問題視している遅角燃焼の発生はないものと判断する。従って、処理はステップＳ１１４、Ｓ１１２と順次進み空燃比検出後に今回のルーチンが終了する。
【００７８】
一方、ステップＳ２０６の条件の成立が認められた場合には、実施の形態２において問題視しているような遅角燃焼が発生していると判断することができる。そこで、この場合には、ステップＳ１０８、Ｓ１１０と処理が進み、ΔＰＶκＣＡ５０を用いた熱発生量の推定値算出が実行される。その後、この推定した熱発生量を用いて燃焼空燃比の検出が行われ（ステップＳ１１２）、今回のルーチンが終了する。
【００７９】
以上の処理によれば、ステップＳ２０６の判定処理によって、燃焼終了時期が遅れてしまう場合でも、確実に、燃焼終了時期の熱発生量を内燃機関の制御において利用することができる。
【００８０】
なお、上述の実施の形態２においては、演算処理装置２０が上記ステップＳ２０６の処理を実行することにより、前記第６の発明における「判定手段」が実現されている。
【００８１】
なお、燃焼終了時期が遅くなるかどうかの判定は、例えば次のようにして行っても良い。
（i）ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）の量が所定量以上である場合
具体的には、ＥＧＲバルブ１２の開度が所定開度以上であるか否かに基づいて、燃焼終了時期が遅くなるか否か又は遅くなるおそれがあるか否かを判定しても良い。或いは、実際のＥＧＲ量を算出し当該ＥＧＲ量が所定量以上であるか等により、燃焼終了時期が遅くなるか否か又は遅くなるおそれがあるか否かを判定しても良い。その場合、上記ステップＳ１１４にかかるΔＰＶκｍａｘに基づく熱発生量算出の精度悪化が問題となる程度に燃焼終了時期が遅くなるか否かを、判定するようにしてもよい。
【００８２】
（ii）前記内燃機関がリーン燃焼を行っている場合
具体的には、現在におけるエンジンの制御空燃比などの各種制御パラメータの情報に基づいて、現在リーン燃焼を行っているか否かの判定ルーチンを実行すればよい。その場合、上記ステップＳ１１４にかかるΔＰＶκｍａｘに基づく熱発生量算出の精度悪化が問題となる程度に燃焼終了時期が遅くなるか否かを、判定するようにしてもよい。
【００８３】
これら（i）（ii）の手法と、実施の形態１にかかる触媒暖機運転判定と、実施の形態２にかかるθＣＡ５０の所定値比較判定とを、個別に用いても良く、または組み合わせて用いても良い。
【符号の説明】
【００８４】
１  エアクリーナ
２  スロットルバルブ
３  吸気圧センサ
４  サージタンク
５  筒内圧センサ
６  スパークプラグ
７  燃料直噴インジェクタ
８  クランク角度センサ
１０，１１  触媒
１２  ＥＧＲバルブ
１３  ＥＧＲクーラ
１４  水温センサ
２０  演算処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011132253.tif 000009
【国際調査報告】
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